氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)是由碳原子紧密排列组成,只有一个原子层厚度的二维层状晶体,具有良好的亲水性和生物相容性,在水和气体有机溶剂中可形成稳定的悬浊液,表面具有丰富和含氧基团,通过共价键、疏水作用、氢键作用等与药物分子和其他大分子作用,易于修饰和功能化,非常适于在生物医学领确认细节域应用。氧化石墨烯(graphene oxide,GO)是通过对石墨烯进行氧化处理获得的,它保留了石墨烯大的平面结构和大的比表面积,同时引入了亲水基团,如环氧基、羟基(存在于片的顶面和底面)以及羧酸基团(存在于边缘)。这些亲水基团可以通过氢键、静电作用、π-π堆积和共价键与其他物质相互作用,使得GO成为生物活性分子的潜在载体平台,因此,GO被用作石墨烯的潜在替代品,以取代其生物应用,在药物输送、癌症治疗和治疗诊断学等生物医学方面都有广阔的应用前景。因此,氧化石墨烯在体内吸收、分布、转运、清除,即ADME和在此过程中引发的潜在毒性效应研究就显得尤为迫切和重要。本工作研究了聚乙二醇(PEG-)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP-)修饰的GO(GO-PEG)氧化石墨烯(GO)纳米片在无论在工业领域还是大量生物医学应用中都显示出了优异的物理、化学和生物性能,具有巨大的应用前景,了解其在体内的生物分布及其代谢行为对碳纳米材料的生物安全应用意义重大。在前期的研究中,我们采用了稀土元素标记的方selleck VP-16法研究了表面不同化学修饰的GO在动物体内的分布、转运和排出(ADME)动力学特征,并发现GO可以经肾脏通过尿液排出体外。本年度我们重点研究了尺寸不同的PEG修饰的GO(70 nm和300 nm)在肾脏的排出过程和生物学效应。研究发现两个尺寸的GO(s-GO和l-GO)都可经肾脏通过尿液排出,l-GO在肾脏的分布比例高于s-GO。例如,l-GO(300 nm)在暴露后24 h,肾脏的分布可达11%,随时间延长,含量逐渐下降;在暴露后28 d,肾脏中仅有0.6%的GO,表明其在肾脏中可以被清除。LA-ICP-MS成像结果和红外显微成像表明l-GO在肾脏皮质和肾盂中呈现不均匀的分布模式。进一步的TEM成像观察到在肾小管上皮细胞和肾小管管腔中含有大量GO纳米材料,也表明其可以通过肾脏途径被排出。血清生化分析的结果表明,GO经肾脏排出的过程中,对肾脏功能有一定的影响,尾静脉注射15 mg/kg s-GO和l-GO导致小鼠血清肌酐的含量显著升高,并呈现尺寸依赖性。此外,GO经肾脏排出的过程诱导了肾脏有机阳离子和有机阴离子转运体mRNA表达量明显升高。体外细胞实验研究表明,s-GO和l-GO对人源肾脏细胞,包括肾小球血管内皮细胞(HRGEC),肾小球足细胞(Human podocyte)和肾小管上皮细胞(HK-2)都呈现出剂量和时间依赖性的细胞毒性效应。当暴露剂量为50μg/mL,作用24 h后,s-GO和l-GO显Biomass digestibility现出明显的细胞毒性,并且l-GO较s-GO细胞毒性效应更为明显。